深入剖析 Web 服务器与 PHP 应用的通信机制 - 掌握 CGI 和 FastCGI 协议的运行原理

Web 服务器和 FastCGI 交互过程

• Web 服务器接收用户请求，但最终处理请求由 Web 应用完成。此时，Web 服务器尝试通过套接字(UNIX 或 TCP 套接字，具体使用哪个由 Web 服务器配置决定)连接到 FastCGI 进程。
• FastCGI 进程查看接收到的连接。选择「接收」或「拒绝」连接。如果是「接收」连接，则从标准输入流中读取数据包。
• 如果 FastCGI 进程在指定时间内没有成功接收到连接，则该请求失败。否则，Web 服务器发送一个包含唯一的RequestID 的 BEGIN_REQUEST 类型消息给到 FastCGI 进程。后续所有数据包发送都包含这个 RequestID。 然后，Web 服务器发送任意数量的 PARAMS 类型消息到 FastCGI 进程。一旦发送完毕，Web 服务器通过发送一个空PARAMS 消息包，然后关闭这个流。 另外，如果用户发送了 POST 数据 Web 服务器会将其写入到 标准输入(STDIN) 发送给 FastCGI 进程。当所有 POST 数据发送完成，会发送一个空的 标准输入(STDIN) 来关闭这个流。
• 同时，FastCGI 进程接收到 BEGINREQUEST 类型数据包。它可以通过响应 ENDREQUEST 来拒绝这个请求。或者接收并处理这个请求。如果接收请求，FastCGI 进程会等待接收所有的 PARAMS 和 标准输入数据包。 然后，在处理请求并将返回结果写入 标准输出(STDOUT) 流。处理完成后，发送一个空的数据包到标准输出来关闭这个流，并且会发送一个 END_REQUEST 类型消息通知 Web 服务器，告知它是否发生错误异常。

为什么需要在消息头发送 RequestID 这个标识?

如果是每个连接仅处理一个请求，发送 RequestID 则略显多余。

但是我们的 Web 服务器和 FastCGI 进程之间的连接可能处理多个请求，即一个连接可以处理多个请求。所以才需要采用数据包协议而不是直接使用单个数据流的原因：以实现「多路复用」。

因此，由于每个数据包都包含唯一的 RequestID，所以 Web 服务器才能在一个连接上发送任意数量的请求，并且 FastCGI 进程也能够从一个连接上接收到任意数量的请求数据包。

另外我们还需要明确一点就是 Web 服务器 与 FastCGI 进程间通信是 无序的。即使我们在交互过程中看起来一个请求是有序的，但是我们的 Web 服务器也有可能在同一时间发出几十个 BEGIN_REQUEST 类型的数据包，以此类推。

PHP-FPM

其实讲解完 CGI 和 FastCGI 协议，基本上我们就已经研究完 「Web 服务器与 PHP 应用之间的通信机制」这个问题了。但是对于我们 PHP 软件工程师来讲，可能还会遇到「什么是 PHP-FPM」及其相关问题。这里我们一并来稍微讲解一下。

PHP-FPM 是 FastCGI 进程管理器(PHP FastCGI Process Manager)(http://php.net/manual/zh/install.fpm.php)，用于替换 PHP 内核的 FastCGI 的大部分附加功能(或者说一种替代的 PHP FastCGI 实现)，对于高负载网站是非常有用的。

下面是官网中获取到的它所支持的特性：

• 支持平滑停止 / 启动的高级进程管理功能;
• 可以工作于不同的 uid/gid/chroot 环境下，并监听不同的端口和使用不同的 php.ini 配置文件(可取代 safe_mode 的设置);
• stdout 和 stderr 日志记录;
• 在发生意外情况的时候能够重新启动并缓存被破坏的 opcode;
• 文件上传优化支持;
• "慢日志" - 记录脚本(不仅记录文件名，还记录 PHP backtrace 信息，可以使用 ptrace 或者类似工具读取和分析远程进程的运行数据)运行所导致的异常缓慢;
• fastcgifinishrequest() - 特殊功能：用于在请求完成和刷新数据后，继续在后台执行耗时的工作(录入视频转换、统计处理等);
• 动态/静态子进程产生;
• 基本 SAPI 运行状态信息(类似 Apache 的 mod_status);
• 基于 php.ini 的配置文件。

那么 PHP-FPM 是如何工作的呢?

PHP-FPM 进程管理器有两种进程组成，一个 Master 进程和多个 Worker 进程。Master 进程负责监听端口，接收来自 Web 服务器的请求，然后指派具体的 Worker 进程处理请求;worker 进程则一般有多个 (依据配置决定进程数)，每个进程内部都嵌入了一个 PHP 解释器，用来执行 PHP 代码。

Nginx 服务器如何与 FastCGI 协同工作

Nginx 服务器无法直接与 FastCGI 服务器进行通信，需要启用 ngx_http_fastcgi_module 模块进行代理配置，才能将请求发送给 FastCGI 服务。

其中，包括我们熟知的配置指令：

• fastcgi_pass 用于设置 FastCGI 服务器的 IP 地址(TCT 套接字)或 UNIX 套接字。
• fastcgi_param 设置传入 FastCGI 服务器的参数。

你可以到 PHP FastCGI 实例教程 (https://www.nginx.com/resources/wiki/start/topics/examples/phpfcgi/)学习一些基本使用。

总结

到这里我们基本就学习完 CGI、FastCGI、PHP-FPM以及 Nginx 服务器与 FastCGI 服务通信原理。一句话：

CGI 和 FastCGI 是一种协议和 HTTP 协议一样位于应用层，与语言无关;PHP-FPM 是一种 FastCGI 协议的实现，能够管理 FastCGI 进程。

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（编辑：核心网）

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